“余熱回收-甲醇裂解”底循環(huán)流動(dòng)-傳熱過(guò)程CFD模擬與優(yōu)化.pdf

1、能源危機(jī)與環(huán)境污染是當(dāng)前全球面臨的兩大挑戰(zhàn)。作為能源利用與轉(zhuǎn)換的主要設(shè)備，內(nèi)燃機(jī)成為了節(jié)能與減排的主要對(duì)象。應(yīng)用代用燃料、改善缸內(nèi)燃燒過(guò)程、回收余熱是最被看好的幾種內(nèi)燃機(jī)節(jié)能減排技術(shù)。根據(jù)我國(guó)“缺油、少氣、富煤”的基本國(guó)情，同時(shí)由于煤制甲醇的工業(yè)化應(yīng)用非常成熟，項(xiàng)目組前期提出一種集內(nèi)燃機(jī)余熱回收與改良甲醇燃料于一體的新型聯(lián)合熱力循環(huán)，有望解決甲醇在內(nèi)燃機(jī)上直接應(yīng)用的難題，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)提高系統(tǒng)總能效率、降低排放多重目的。本論文致力于研究“余

2、熱回收-甲醇裂解”底循環(huán)的核心環(huán)節(jié)一甲醇裂解換熱器設(shè)計(jì)優(yōu)化及底循環(huán)流動(dòng)/傳熱過(guò)程數(shù)值模擬幾個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。
　　論文提出了一維熱力學(xué)性能計(jì)算與三維CFD數(shù)值仿真耦合的甲醇裂解換熱器的設(shè)計(jì)方法，基于課題組提出的一種新型甲醇裂解換熱器概念模型，完成甲醇裂解換熱器的一、三維設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，并制作出甲醇裂解換熱器樣品。在此基礎(chǔ)上，搭建了“余熱回收一甲醇裂解”底循環(huán)試驗(yàn)。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)重新標(biāo)定仿真模型，對(duì)甲醇裂解換熱器內(nèi)甲醇流動(dòng)/傳熱過(guò)程開(kāi)展了多輪

3、數(shù)值模擬優(yōu)化，得出甲醇流動(dòng)傳熱過(guò)程隨內(nèi)燃機(jī)排氣參數(shù)的變化規(guī)律。
　　“余熱回收-甲醇裂解”底循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果表明:以甲醇裂解換熱器出口狀態(tài)考慮的底循環(huán)系統(tǒng)余熱回收利用率高達(dá)35％-45％，而以進(jìn)氣狀態(tài)考慮的底循環(huán)系統(tǒng)余熱回收利用率最大為17.76％;甲醇裂解率對(duì)以甲醇裂解換熱器出口狀態(tài)考慮的底循環(huán)系統(tǒng)余熱回收利用率幾乎無(wú)影響，卻直接影響以進(jìn)氣狀態(tài)考慮的底循環(huán)系統(tǒng)余熱回收利用率的大小。
　　改善甲醇裂解換熱器的流動(dòng)傳熱過(guò)程必然可以

4、提高底循環(huán)的余熱回收利用率。于是，基于試驗(yàn)提供的相應(yīng)邊界條件，運(yùn)用CFD模擬計(jì)算方法，對(duì)排氣流場(chǎng)與甲醇蒸汽流場(chǎng)進(jìn)行了流動(dòng)傳熱過(guò)程分析，并提出了改進(jìn)模型，計(jì)算結(jié)果表明排氣流場(chǎng)與甲醇流場(chǎng)的壓力損失分別降低了439Pa和3945Pa，而平均表面換熱系數(shù)分別增加了4 W/(m2·K)和7.6 W/(m2·K)。分析結(jié)果為以后的高效甲醇裂解換熱器設(shè)計(jì)提供了一種可行的思路。
　　通過(guò)本文的研究，解決了“余熱回收-甲醇裂解”底循環(huán)流動(dòng)/傳熱過(guò)程